圆环镦粗校准曲线的有限元研究.pdf

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1、《大型铸锻件》No．5HEAVYCASTINGANDFORGINGSeptember2013圆环镦粗校准曲线的有限元研究秦敏何文武(太原科技大学材料科学与工程学院，山西030024)摘要：圆环镦粗法是测定摩擦系数时所用理论校准曲线，没有考虑到材料、温度、变形速度等工艺参数对摩擦的影响，因此缺乏专用性和准确性。采用有限元模拟的方法，可以在模拟过程中通过对参数的设定使模拟过程接近实际生产过程，最终根据模拟结果绘制的有限元校准曲线具有较高的准确性。关键词：圆环镦粗法；理论校准曲线；有限元分析中图分类号：0242．21文献标识码：AFiniteElementResearchonUpsetti

2、ngCalibrationCurveoftheRingQinMin，HeWenwuAbstract：Theoreticalcalibrationcurveisusedintheringupsettingmethodtodeterminethefrictioncoefficient，whichdoesnottakeintoaccounttheimpactofprocessparametersonfriction，suchasmaterial，temperature，deforma·tionspeed，SOitlacksofspecificityandaccuracy．Thefinite

3、elementsimulationmethodcanbeusedtosetparametersinordertobeclosetotheactualproductionprocess，andthecalibrationcurveofthefiniteelementdrawnaccordingtothesimulationresultseventuallyhasmoreaccuracyinthesimulationprocess．Keywords：ringupsettingmethod；theoreticalcalibrationcurves；finiteelementanalysis

4、圆环镦粗法是20世纪60年代提出来的一种测定塑性成形时摩擦系数的方法，在圆环镦粗试验之前，必须根据圆环原始尺寸和变形后可能达到的尺寸，利用圆环镦粗变形理论公式(求中性层位置)，绘制出镦粗后圆环高度和内径与接触面摩擦因子的关系曲线，即理论校准曲线。圆环镦粗试验后，测出圆环试件镦粗后的高度和内径的尺寸，就可根据理论校准曲线查出摩擦系数之值。因此，校准曲线的准确性直接影响实验结果，即摩擦系数的准确性。一般绘制理论校准曲线多采用变形功法，可以得到理想状态下不同摩擦系数的圆环内径和高度的关系，该理论校准曲线只与圆环原始高径比有关，而与圆环材料的性能、变形速率和变形温度等工艺参数无关。而实际生产

5、中，工件的材料、变。形过程中的变形温度、变形量、变形速度等都会影)响摩擦系数，因此采用理论校准曲线测定各种材料在不同状态下的摩擦系数存在一定的误差。为={鲁唧m鲁一)。解决这一问题本文通过有限元软件DEFORM-2D对不同材料的不同变形状态进行模拟，希望得到相对准确的摩擦校准曲线。收稿日期：2O13—O5—O3基金项目：太原科技大学校青年基金。项目名称：大型锻造过程接触摩擦机理的研究(编号：20093009)。作者简介：豢敏(1980一)，女，太原科技大学材料科学与工程学院¨巾设圆环经过一个小变形后高度为h，P保持不1No．5《大型铸锻件》September2013HEAVYCAST

6、INGANDFORGING变，根据体积不变条件，计算出圆环小变形后的内径和外径如下：变形后内径：r=『二17崩最变形后夕径：r。=[+p】丁圈再将变形后的r0、r、h作为第二次小变形前的原始尺寸，即、R、日，再按上述方法求出下一次小变形后的圆环尺寸r。、r、h。如此连续计算，圆环高度／cm可得出一系列给定的和h值下的圆环内径r。图2钢的有限元模拟曲线和理论校准曲线的比较Figure2Comparisonbetweenfiniteelementsimulation利用计算出的m、h、r值，就可绘制出相应的理论curvesandtheoreticalcalibrationcurvesof

7、steel校准曲线，如图1所示。露彝鞲_露程豫匦圃疆l环离艘／c图l理论校准曲线图3钢、铝、钛三种材料的有限元校准曲线比较Figure1TheoreticalcalibrationcurvesFigure3Thecomparisonoffiniteelementcalibrationcurvesofsteel，aluminumandtitanium2有限元模拟校准曲线比较准曲线在理论校准曲线之上。由图1可以看到，2．1钢的有限元模拟校准曲线与理论校准曲线m